CN110272523A - 一种具备抗冻、导电性能的粘韧蛋白质水凝胶及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种具备抗冻、导电性能的粘韧蛋白质水凝胶及其制备方法，属于高分子水凝胶技术领域。本发明加入酪蛋白，氯化锂，并以去离子水为溶剂，化学交联剂（N,N,‑亚甲基双丙烯酰胺）以及亲水性单体（丙烯酰胺），单体经引发剂（过硫酸钾）和助剂（四甲基乙二胺）氧化还原引发，通过自由基共聚形成三维网状结构的高分子聚合物。氯化锂在体系中不仅使酪蛋白变性，同时起到导电和抗冻的作用。制备得到的水凝胶在各种材料上均表现出优异的粘合性能，同时具有韧性、导电以及抗冻等性能，可应用于柔性应变传感器，以及可穿戴器件等领域。

Description

一种具备抗冻、导电性能的粘韧蛋白质水凝胶及其制备方法

技术领域

本发明属于高分子水凝胶技术领域，涉及一种具备抗冻、导电性能的粘韧蛋白质水凝胶及其制备方法。

背景技术

水凝胶是以水为分散介质的凝胶，具有网状交联结构的水溶性高分子中引入一部分疏水集团和亲水残基，亲水残基和水分子结合，将水分子连接在网状内部，而疏水集团遇水膨胀形成交联聚合物。蛋白质是与生命活动密切相关的生物相容性成分，含有一个或多个氨基酸残基的长链。这些大分子链可通过疏水相互作用或氢键形成蛋白质折叠作为天然三维结构。由于物理相互作用，包括氢键，疏水相互作用，金属络合和静电效应，蛋白质将赋予水凝胶优异的粘合性能。同时，不同的蛋白质分子可以通过物理相互作用来稳定水凝胶，从而提高机械性能。抗冻性、高离子导电性、优异的粘性和韧性的结合不仅扩大了蛋白质水凝胶的应用性能，还促进了水凝胶在离子皮肤、触摸板、柔性传感器以及可穿戴器件等领域的研究和发展。

发明内容

本发明的目的是提供了一种具备抗冻、导电性能的粘韧蛋白质水凝胶及其制备方法。

本发明通过自由基聚合的方法制备一种具备抗冻、导电性能的粘韧蛋白质水凝胶，通过加入酪蛋白，氯化锂，并以去离子水为溶剂，化学交联剂N,N,-亚甲基双丙烯酰胺以及亲水性单体丙烯酰胺，单体经引发剂过硫酸钾和助剂四甲基乙二胺经氧化还原引发，形成三维网状结构的高分子聚合物。其中，氯化锂在体系中不仅使酪蛋白变性，同时起到导电和抗冻的作用。

本发明所述的一种具备抗冻、导电性能的粘韧蛋白质水凝胶的制备方法，其步骤和条件如下：

（a）将酪蛋白溶于去离子水中，通过滴加摩尔浓度为5mol/L-10mol/L的氢氧化钠溶液，将pH调节至6-7，并搅拌至完全溶解，配制得到质量浓度为100g/L-200g/L的酪蛋白溶液；将上述溶液放置于0℃-5℃的冰箱中两天对其进行消泡处理；

（b）将步骤（a）得到的酪蛋白溶液、氯化锂、化学交联剂N,N,-亚甲基双丙烯酰胺，亲水性单体丙烯酰胺和引发剂过硫酸钾加入到去离子水中，并搅拌至完全溶解，溶液中上述各物质的质量浓度分别为20g/L-100g/L、100g/L、0.1g/L、200g/L、2g/L;

然后向溶液中加入助剂四甲基乙二胺40µL，搅拌1-2min,然后将配置好的溶液装入模具中，将模具置于30℃-40℃的烘箱中反应3-4h,反应后冷却到室温，最终制得具备抗冻、导电性能的粘韧蛋白质水凝胶，剥离力范围为50-250N/m，应力范围为60-180kPa。

有益效果：本发明通过自由基聚合的方法制备了一种具备抗冻、导电性能的粘韧蛋白质水凝胶。制得的水凝胶具有优异的导电性、抗冻性、粘性和韧性，解决了韧性水凝胶不具有粘性，粘性水凝胶不具有韧性的缺点，并促进了水凝胶在应用领域，如离子皮肤、触摸板、柔性传感器以及可穿戴器件等领域的研究和发展。

具体实施方式

实施例1：一种具备抗冻、导电性能的粘韧蛋白质水凝胶的制备方法如下：

（a）将酪蛋白溶于去离子水中，通过滴加摩尔浓度为10mol/L的氢氧化钠溶液，将pH调节至6.6，并搅拌至完全溶解，配制得到质量浓度为150g/L的酪蛋白溶液；将上述溶液放置于4℃的冰箱中两天对其进行消泡处理；

（b）将步骤（a）得到的酪蛋白溶液3.33mL、2g氯化锂、0.002gN,N,-亚甲基双丙烯酰胺，4g丙烯酰胺和0.04g过硫酸钾加入到16.67mL去离子水中，并搅拌至完全溶解，溶液中上述各物质的质量浓度分别为25g/L、100g/L、0.1g/L、200g/L、2g/L;

然后向溶液中加入助剂四甲基乙二胺40µL，搅拌1min,然后将配置好的溶液装入模具中，将模具置于40℃的烘箱中反应4h,反应后冷却到室温，最终制得具备抗冻、导电性能的粘韧蛋白质水凝胶；

制备的具备抗冻、导电性能的粘韧蛋白质水凝胶的力学性能测试方法：水凝胶样条尺寸为50×4×2mm，利用万能拉伸机进行力学性能测试，拉伸速度为100mm/min。制备的具备抗冻、导电性能的粘韧蛋白质水凝胶的剥离力测定方法：制备上下表面平整的水凝胶，水凝胶样条尺寸为10×20×2mm，利用CT3质构仪进行剥离力测试，玻璃长度为80mm，测试速度为5mm/s；

实施例1中制备的具备抗冻、导电性能的粘韧蛋白质水凝胶应力为74kPa,剥离力最大值为217.45N/m。

实施例2：一种具备抗冻、导电性能的粘韧蛋白质水凝胶的制备方法如下：

（a）将酪蛋白溶于去离子水中，通过滴加摩尔浓度为10mol/L的氢氧化钠溶液，将pH调节至6.6，并搅拌至完全溶解，配制得到质量浓度为150g/L的酪蛋白溶液；将上述溶液放置于4℃的冰箱中两天对其进行消泡处理；

（b）将步骤（a）得到的酪蛋白溶液6.67mL、2g氯化锂、0.002g N,N,-亚甲基双丙烯酰胺，4g丙烯酰胺和0.04g过硫酸钾加入到13.33mL去离子水中，并搅拌至完全溶解，溶液中上述各物质的质量浓度分别为50g/L、100g/L、0.1g/L、200g/L、2g/L;

然后向溶液中加入助剂四甲基乙二胺40µL，搅拌1min,然后将配置好的溶液装入模具中，将模具置于40℃的烘箱中反应4h,反应后冷却到室温，最终制得具备抗冻、导电性能的粘韧蛋白质水凝胶；

用实施例1的测定方法，实施例2中制备的具备抗冻、导电性能的粘韧蛋白质水凝胶应力为105kPa,剥离力最大值为180.95N/m。

实施例3：一种具备抗冻、导电性能的粘韧蛋白质水凝胶的制备方法如下：

（a）将酪蛋白溶于去离子水中，通过滴加摩尔浓度为10mol/L的氢氧化钠溶液，将pH调节至6.6，并搅拌至完全溶解，配制得到质量浓度为150g/L的酪蛋白溶液；将上述溶液放置于4℃的冰箱中两天对其进行消泡处理；

（b）将步骤（a）得到的酪蛋白溶液10mL、2g氯化锂、0.002g N,N,-亚甲基双丙烯酰胺，4g丙烯酰胺和0.04g过硫酸钾加入到10mL去离子水中，并搅拌至完全溶解，溶液中上述各物质的质量浓度分别为75g/L、100g/L、0.1g/L、200g/L、2g/L;

然后向溶液中加入助剂四甲基乙二胺40µL，搅拌1min,然后将配置好的溶液装入模具中，将模具置于40℃的烘箱中反应4h,反应后冷却到室温，最终制得具备抗冻、导电性能的粘韧蛋白质水凝胶；

用实施例1的测定方法，实施例3中制备的具备抗冻、导电性能的粘韧蛋白质水凝胶应力为175kPa,剥离力最大值为128.95N/m。

实施例4：一种具备抗冻、导电性能的粘韧蛋白质水凝胶的制备方法如下：

（a）将酪蛋白溶于去离子水中，通过滴加摩尔浓度为10mol/L的氢氧化钠溶液，将pH调节至6.6，并搅拌至完全溶解，配制得到质量浓度为150g/L的酪蛋白溶液；将上述溶液放置于4℃的冰箱中两天对其进行消泡处理；

（b）将步骤（a）得到的酪蛋白溶液13.33mL、2g氯化锂、0.002g N,N,-亚甲基双丙烯酰胺，4g丙烯酰胺和0.04g过硫酸钾加入到6.67mL去离子水中，并搅拌至完全溶解，溶液中上述各物质的质量浓度分别为100g/L、100g/L、0.1g/L、200g/L、2g/L;

然后向溶液中加入助剂四甲基乙二胺40µL，搅拌1min,然后将配置好的溶液装入模具中，将模具置于40℃的烘箱中反应4h,反应后冷却到室温，最终制得具备抗冻、导电性能的粘韧蛋白质水凝胶；

用实施例1的测定方法，实施例4中制备的具备抗冻、导电性能的粘韧蛋白质水凝胶应力为82kPa,剥离力最大值为99.55N/m。

Claims (5)

1.一种具备抗冻、导电性能的粘韧蛋白质水凝胶及其制备方法，其步骤和条件如下：

（a）将酪蛋白溶于去离子水中，通过滴加摩尔浓度为5mol/L~10mol/L的氢氧化钠溶液，将pH调节至6-7，并搅拌至完全溶解，配制得到质量浓度为100g/L-200g/L的酪蛋白溶液；将上述溶液放置于0℃-5℃的冰箱中两天对其进行消泡处理；

（b）将步骤（a）得到的酪蛋白溶液、氯化锂、化学交联剂N,N,-亚甲基双丙烯酰胺，亲水性单体丙烯酰胺和引发剂过硫酸钾加入到去离子水中，并搅拌至完全溶解，溶液中上述各物质的质量浓度分别为20g/L-100g/L、100g/L、0.1g/L、200g/L、2g/L;

然后向溶液中加入助剂四甲基乙二胺40µL，搅拌1-2min,然后将配置好的溶液装入模具中，将模具置于30℃-40℃的烘箱中反应3-4h,反应后冷却到室温，最终制得具备抗冻、导电性能的粘韧蛋白质水凝胶。

2.如权利要求1所述的一种具备抗冻、导电性能的粘韧蛋白质水凝胶及其制备方法，其步骤和条件如下：

（a）将酪蛋白溶于去离子水中，通过滴加摩尔浓度为10mol/L的氢氧化钠溶液，将pH调节至6.6，并搅拌至完全溶解，配制得到质量浓度为150g/L的酪蛋白溶液；将上述溶液放置于4℃的冰箱中两天对其进行消泡处理；

（b）将步骤（a）得到的酪蛋白溶液、氯化锂、化学交联剂N,N,-亚甲基双丙烯酰胺，亲水性单体丙烯酰胺和引发剂过硫酸钾加入到去离子水中，并搅拌至完全溶解，溶液中上述各物质的质量浓度分别为25g/L、100g/L、0.1g/L、200g/L、2g/L;

然后向溶液中加入助剂四甲基乙二胺40µL，搅拌1min,然后将配置好的溶液装入模具中，将模具置40℃的烘箱中反应4h,反应后冷却到室温，最终制得具备抗冻、导电性能的粘韧蛋白质水凝胶。

3.如权利要求1所述的一种具备抗冻、导电性能的粘韧蛋白质水凝胶及其制备方法，其步骤和条件如下：

（a）将酪蛋白溶于去离子水中，通过滴加摩尔浓度为10mol/L的氢氧化钠溶液，将pH调节至6.6，并搅拌至完全溶解，配制得到质量浓度为150g/L的酪蛋白溶液；将上述溶液放置于4℃的冰箱中两天对其进行消泡处理；

（b）将步骤（a）得到的酪蛋白溶液、氯化锂、化学交联剂N,N,-亚甲基双丙烯酰胺，亲水性单体丙烯酰胺和引发剂过硫酸钾加入到去离子水中，并搅拌至完全溶解，溶液中上述各物质的质量浓度分别为50g/L、100g/L、0.1g/L、200g/L、2g/L;

然后向溶液中加入助剂四甲基乙二胺40µL，搅拌1min,然后将配置好的溶液装入模具中，将模具置于40℃的烘箱中反应4h,反应后冷却到室温，最终制得具备抗冻、导电性能的粘韧蛋白质水凝胶。

4.如权利要求1所述的一种具备抗冻、导电性能的粘韧蛋白质水凝胶及其制备方法，其步骤和条件如下：

（a）将酪蛋白溶于去离子水中，通过滴加摩尔浓度为10mol/L的氢氧化钠溶液，将pH调节至6.6，并搅拌至完全溶解，配制得到质量浓度为150g/L的酪蛋白溶液；将上述溶液放置于4℃的冰箱中两天对其进行消泡处理；

（b）将步骤（a）得到的酪蛋白溶液、氯化锂、化学交联剂N,N,-亚甲基双丙烯酰胺，亲水性单体丙烯酰胺和引发剂过硫酸钾加入到去离子水中，并搅拌至完全溶解，溶液中上述各物质的质量浓度分别为75g/L、100g/L、0.1g/L、200g/L、2g/L;

然后向溶液中加入助剂四甲基乙二胺40µL，搅拌1min,然后将配置好的溶液装入模具中，将模具置于40℃的烘箱中反应4h,反应后冷却到室温，最终制得具备抗冻、导电性能的粘韧蛋白质水凝胶。

5.如权利要求1所述的一种具备抗冻、导电性能的粘韧蛋白质水凝胶及其制备方法，其步骤和条件如下：

（a）将酪蛋白溶于去离子水中，通过滴加摩尔浓度为10mol/L的氢氧化钠溶液，将pH调节至6.6，并搅拌至完全溶解，配制得到质量浓度为150g/L的酪蛋白溶液；将上述溶液放置于4℃的冰箱中两天对其进行消泡处理；

（b）将步骤（a）得到的酪蛋白溶液、氯化锂、化学交联剂N,N,-亚甲基双丙烯酰胺，亲水性单体丙烯酰胺和引发剂过硫酸钾加入到去离子水中，并搅拌至完全溶解，溶液中上述各物质的质量浓度分别为100g/L、100g/L、0.1g/L、200g/L、2g/L;

然后向溶液中加入助剂四甲基乙二胺40µL，搅拌1min,然后将配置好的溶液装入模具中，将模具置于40℃的烘箱中反应4h,反应后冷却到室温，最终制得具备抗冻、导电性能的粘韧蛋白质水凝胶。